光孤子通信系统

对于常规的线性光纤通信系统而言， 限制其传输容量和距离的主要因素是光纤的损耗和色散。随着光纤制作工艺的提高，光纤的损耗已接近理论极限，因此光纤色散成为实现超大容量光纤通信亟待解决的问题。光纤的色散，使得光脉冲中不同波长的光传播速度不一致，结果导致光脉冲展宽，限制了传输容量和传输距离。由光纤的非线性所产生的光孤子可抵消光纤色散的作用，因此，利用光孤子进行通信可以很好地解决这个问题，它是一种很有前途的通信技术，是实现超大容量、超长距离通信的重要技术之一。它是靠不随传输距离而改变形状的一种相干光脉冲来实现通信的，这里的相干光脉冲即是光孤子(Soliton)。
(1)光孤子通信系统基本构成
研究工作表明，当进入纤中的光功率较低时，光纤可以认为是线性系统，其折射率可以认为是常数；当使用大功率、窄脉冲的光源耦合进光纤时，光纤的折射率将随光强的增加而变化，产生非线性效应。
光纤中的孤子是光纤色散与非线性相互作用的产物，服从非线性薛定涔方程(NLSE),受光纤线性与非线性的支配。 光纤的群速色散(GVD)使孤子脉冲在传输过程中不断展宽;光纤损耗亦使脉冲按指数展宽，且幅度衰减。光纤的非线性则使脉冲压缩。光纤中孤子是色散与非线性相互作用达到平衡时的产物，两者共同对光脉冲的作用结果是使光脉冲在传输中保持形状不变。所以光纤特性对光孤子的形成、传输演变特性与通信能力有决定性的影响，是支撑光纤孤子通信的决定性因素。
光孤子通信系统的基本构成与一般光纤通信系统大体相似，其主要差别在于光源应为光孤子源；光放大器代替光/电/光中继器。此外，由于信号速率较高多采用外调制器。图9.40为光纤孤子通信系统的组成框图。由光孤子源产生一串光孤子序列，即超短光脉冲，电脉冲通过外调制器将信号载于光孤子流上，孤子流经光放大器放大后送入光纤进行传输。长距离传输途中需经光放大器将信号进行中继放大，以补偿光脉冲的能量损失，同时还需平衡非线性效应与色散效应，最终保证脉冲的幅度与形状的稳定不变。在接收端通过高速光检测器及其他辅助装置将信号进行还原。

(2)光孤子通信关键技术
光孤子通信系统中的关键器件是光孤子源。理论证明， 光孤子源发出的光孤子应具有双曲正割型或高斯型的轮廓，输出功率大，应是无嗯啾的，并且稳定性要好。光孤子激光器种类有多种，如半导体增益开关激光器、色心激光器、锁模激光器等。光纤孤子通信系统中的光中继放大可以采用EDFA和RAMAN放大器补偿光纤损耗，实现光孤子长距离“透明”传输。系统传输使用的光纤主要是常规的G.652光纤、色散位移光纤等。